1 000 MW機組低低溫電除塵提效改造應用研究

伍日勝，張廣才，楊飛龍

(廣東惠州平海發電廠有限公司，廣東 惠州 516363)

1 000 MW機組低低溫電除塵提效改造應用研究

伍日勝，張廣才，楊飛龍

(廣東惠州平海發電廠有限公司，廣東 惠州 516363)

某1 000 MW發電機組為了提高機組的經濟性和電除塵系統的除塵能力，進行了低低溫電除塵改造，將煙溫從135℃降至85℃，為國內首臺發電機組中將煙氣溫度降至85℃的改造機組，改造的經驗和注意事項值得總結。改造不僅降低了機組的煤耗，還提高了電除塵效率，達到了節能、環保、安全最優化的目的。

國內首臺;85℃;低低溫;電除塵;改造;PM2.5

某電廠1號、2號機組為國產1 000 MW超超臨界壓力燃煤發電機組，鍋爐采用上海鍋爐廠引進ALSTOM技術制造的超超臨界、一次中間再熱、全鋼結構、露天布置、雙切圓八角噴燃、平衡通風、固態排渣螺旋管圈、Π型鍋爐。設計煤種為內蒙古準格爾煤和印尼煤按1∶1配比的混煤，校核煤種為印尼煤。鍋爐煙氣除塵采用高效靜電除塵器，型號為2BE666/3-4，燃用設計煤種或者單燒準格爾煤時，保證效率≥99.65%，燃用校核煤種時，除塵器出口煙氣含塵量＜45 mg/Nm3。

隨著國家環保政策的逐漸嚴格，目前煙塵排放不得超過20 mg/m3(該電廠位于重點控制區域)，未來肯定更嚴格，為了進一步降低粉塵排放濃度以滿足環保要求，同時降低機組的發電煤耗，進行了低低溫電除塵提效改造。本文針對該廠的技術特點，詳細分析了低低溫電除塵改造技術的原理、方案及效益。

1 技術原理及特點

低低溫靜電除塵技術是對傳統靜電除塵技術的革新，其實質是在干式電除塵器 (DESP)之前對煙氣進行冷卻處理，將DESP的運行溫度由130～150℃降低到85～90℃。與傳統的煙氣治理技術相比，低低溫靜電除塵技術具有如下特點。

1.1 脫除SO3

煙氣脫除SO3的核心就是布置在空預器和靜電除塵器之間的煙冷器，它為SO3提供了理想的慢速冷凝場所。煙氣降溫到酸露點以下，由于飛灰具有的總表面積遠大于換熱器殼體和管表面，硫酸蒸汽將優先在飛灰顆粒表面上冷凝 (如圖1所示)，并與飛灰中的堿性金屬氧化物形成硫酸鹽，隨后與飛灰一起被電除塵設備收走，最終煙氣中的硫酸蒸汽量將大為減少，SO3脫除率可達到95%以上，這就是低低溫電除塵改造后SO3脫除原理［1］。

1.2 提高除塵效率

a. 煙塵灰比電阻決定了除塵效果。灰比電阻在104～1 011 Ω·cm之間，最適合電除塵器收塵，否則除塵效率將急劇下降［2］。比電阻過低，荷電煙塵達到集塵極很快釋放電荷，容易從極板上返回氣流;比電阻過大，荷電粒子在集塵極上緩慢釋放電荷，煙塵積累容易產生反電暈現象［3］。飛灰比電阻取決于煤的含硫量、水分和飛灰堿性金屬含量等因素，一般低硫煤比電阻高于高硫煤。

b. 低低溫靜電除塵器的優勢。一方面，傳統靜電除塵器的操作溫度在120～150℃，此時飛灰的比電阻最高，而低低溫靜電除塵器出口溫度只有85℃左右，大幅度降低了飛灰比電阻，使靜電除塵器依然能高效收塵。另一方面，飛灰表面吸收了SO3后，比電阻進一步降低，可以通過后續的干式靜電除塵器脫除。另一方面，在煙塵入口濃度不變，靜電除塵器總集塵面積相同條件下，出口煙塵濃度與趨近速度和體積流量呈指數關系。當煙氣溫度從150℃降低到85℃，煙氣體積將減少16%左右，在相同條件下，意味著比集塵面積提高了16%，飛灰趨近速度可增加70%左右，ESP對細顆粒的捕集效率提高。

1.3 余熱利用

排煙熱損失是鍋爐運行中最重要的一項熱損失，占鍋爐總輸入熱量的5% ～8%，占鍋爐總熱損失的70% ～80%，一般排煙溫度增加12～15℃，排煙熱損失將增加1%，鍋爐效率降低1%，煤耗也相應增加。

一般電廠為保護尾部煙道、設備不受腐蝕，必須將煙氣溫度控制在酸露點以上。按照國內常規設計，煙氣溫度需要在酸露點以上5～10℃左右，因此空預器出口煙氣溫度通常設定為120～130℃。但濕法脫硫工藝中吸收塔中的煙氣為絕熱飽和溫度(等焓過程)，一般這個絕熱飽和溫度為50℃左右，即從120～150℃到50℃這個區間的熱量全部損失了。

采用低低溫靜電除塵技術改造后，在煙冷器中凝結水吸收煙氣熱量，煙氣溫度由120～130℃降到85℃，給機組帶來節能效益，低低溫電除塵系統示意圖見圖1。

圖1 低低溫電除塵改造前后示意圖

2 低低溫電除塵改造內容

低低溫電除塵主要改造部分是在靜電除塵設備入口增加煙冷器，回收熱量加熱凝結水，內容要點如下。

2.1 煙冷器構造

煙冷器采用氣液管式換熱器，與后部靜電除塵器匹配，采用1爐2臺設計。每臺煙冷器內部換熱管采用螺旋翅片管，分高溫、中溫、低溫段3層，每層管束內換熱管首尾通過彎管連接，整個管束通過管板連接固定。煙冷器含外殼長15.43 m，寬13.58 m，高7.65 m，將布置在鋼結構支架上。在設計中已經考慮了不同工況，即便在夏季煙氣溫度比較高的情況下，換熱面積依然能滿足換熱要求。

根據分析，燃用設計煤種、校核煤種和測試煤種時，灰硫比均能保證煙冷器內部處于無腐蝕的干態環境，因此換熱管采用碳鋼，鰭片采用耐腐蝕ND鋼 (09CrCuSb)。如果考慮后期進行 MGGH(煙氣余熱回收-再熱裝置系統)改造，在煙囪入口前增設再加熱器，將余熱用來加熱凈煙氣，則再加熱器換熱管要考慮使用不銹鋼或鍋爐換熱器專用碳鋼。

單臺煙冷器煙氣側壓力損失約850 Pa，為保證換熱管外表面清潔干燥，在每臺煙冷器內設置四層蒸汽吹灰器。

2.2 煙冷器煙氣側改造

根據現場條件，可以在盡量利用原有煙道前提下，將空預器后靜電除塵器之前的3條煙道進行部分改造，具體如下:煙冷器之前，自空預器至豎向煙道將利用原煙道，增加兩個彎頭使煙道合并后抬升，最后進入煙冷器;煙冷器之后，煙道分成3條，每條煙道經過各自收縮口后下降轉折進入后續靜電除塵器，水平向煙道可利用原有煙道，只需進行部分移位。

圖2 低低溫電除塵改造系統圖

2.3 煙冷器凝結水側改造

低低溫靜電除塵器改造，將保留原有靜電除塵器，在每臺靜電除塵器入口煙道上加裝1臺煙冷器，使煙氣溫度由設計值128℃降低到85℃。回收余熱用于加熱機組凝結水，余熱利用系統接入方式定為3點取水，不設計再循環泵或增壓泵，接入點分別為7號低加出口 (主水路)、低加疏水泵出口 (加熱水)和凝泵出口 (減溫水)，3路水混合后進入煙冷器系統，調節進入煙冷器的水溫始終＞70℃，流量約1 500 t/h，凝結水在換熱管內與煙氣呈垂直逆流，溫度由75℃加熱到108℃，加熱后凝結水返回6號低壓加熱器入口，從而減少5號低加和6號低加的抽汽量，降低機組的發電煤耗。煙冷器和靜電除塵器的系統布置見圖2。

3 效益分析

本方案在設計中考慮了靜電除塵器性能測試煤質，同時所設計的煙冷器能夠適應鍋爐各種設計工況下的煙氣參數，并能夠根據實際運行情況進行適時調整。

3.1 環保效益

a. 減排煙塵

由于煙氣溫度從128℃降低到85℃，煙氣體積流量降低了11%，在保留原有靜電除塵器入口截面積和總收塵面積不變情況下，比集塵面積增加11%，同時煙塵比電阻降低，趨近速度得到加快，關鍵是灰比電阻降低，靜電除塵器出口煙塵濃度將由33 mg/Nm3減少到20 mg/Nm3，出口煙塵濃度下降了39%，除塵效率由性能測試期間的99.68%提高至99.80%，提高了0.12%，取4種工況，比較電除塵改造前后除塵效果，詳見表1。

表1 低低溫電除塵改造減排煙塵計算表

工況1:2014年10月17日，1號機組負荷750 MW穩定2 h，無煙冷器;工況2:2015年1月28日，1號機組負荷750 MW穩定2 h，煙冷器投入;工況3:2014年10月20日，1號機組負荷900 MW穩定2 h，無煙冷器;工況4:2015年1月25日，1號機組負荷900 MW穩定2 h，煙冷器投入。

b. 減排 SO3和 PM2.5

本工程設計煤種取自靜電除塵器性能測試煤質，SO3濃度 (以H2SO4計)約為34 mg/Nm3，由于硫酸具有非常強的吸濕性，能吸收比自身重量多1倍的水，因此脫硫之后硫酸霧滴排放將達到57 mg/Nm3，如果不采取有效的控制措施，每年將排放591 t SO3、1 449 t可冷凝的硫酸霧滴。

本方案所采用的低低溫靜電除塵技術，在煙冷器和靜電除塵器中將SO3濃度降低到3.6 mg/Nm3以下，脫硫塔中硫酸霧滴排放將減少到6 mg/Nm3，每年可減少1 295 t可冷凝PM2.5的排放。

3.2 經濟效益

a. 節水

由于低低溫靜電除塵技術將煙氣溫度降低至85℃，濕法脫硫塔蒸發水耗將大幅度降低。根據熱平衡原理，煙氣的放熱量等于脫硫塔內被蒸發水量的吸熱量，即:

蒸發水量=煙氣流量×煙氣焓降/(蒸發水加熱至飽和焓+蒸發水汽化潛熱焓)。

取4種工況進行分析，詳見表2。

表2 低低溫電除塵改造后節能計算表

工況5:2014年1月3日，1號機組負荷750 MW穩定2 h，無煙冷器;工況6:2015年1月16日，1號機組負荷750 MW穩定2 h，煙冷器投入;工況7:2014年1月7日，1號機組負荷900 MW穩定2 h，無煙冷器;工況8:2015年1月22日，1號機組負荷900 MW穩定2 h，煙冷器投入。

根據以上計算結果可知，在75%THA和90%THA工況下脫硫水耗將分別降低44.25 t/h和54.61 t/h，每年節水約 43.8 × 105t，按照水價3.97 元/t，年節水費 173.89 萬元。

b. 節煤

第一步，改造后，廠用電率的變化主要體現在以下設備的負荷變化情況:送引風機、增壓風機、凝結水泵、電除塵變、低加疏水泵、煙冷器吹灰密封風機。

仍取以上4種工況，其具體變化見表3。

表3 低低溫電除塵改造后各設備電流變化統計表

將設備相應負荷下功率因數，代入功率計算公式［4］:

得到結果見表4。

表4 改造后廠用電率計算表

由此可知，煙冷器投入后廠用電率增加0.07% ～0.092%。

第二步，煙冷器投入后，影響煤耗的3個因素為低加抽汽量、煙冷器密封風加熱蒸汽量和增加的廠用電率。上面經過計算得到了具體數值，現將其分別代入等效焓降計算公式和反平衡煤耗計算公式進行耗差分析，得到結果分別見表5、表6。

表5 750 MW工況節煤量計算表

表6 負荷900 MW工況節煤量計算表

從以上計算結果分析，可得出如下結論:增加煙冷器后煙氣熱量回收，汽機抽汽量減少，主蒸汽量減少，汽輪機效率提高;煙冷器投入后，廠用電率增加。

煙冷器改造后負荷750 MW時可降低煤耗1.46 g/kWh，負荷900 MW時可降低煤耗2 g/kWh。即年節煤約1 332 t，節煤收益1 252萬元。

4 改進建議

a. 吹灰器選型

吹灰器設計時盡量不用蒸汽吹灰，而用聲波吹灰器可以減少蒸汽的用量，系統布置也簡單，但吹灰效果較差，不能保證長期運行的吹灰效果。目前最優的吹灰設計方案為同時安裝蒸汽吹灰器+聲波吹灰，平時用聲波吹灰器連續吹灰，當煙冷器差壓增大時，可以采用蒸汽吹灰器吹灰，從而減少蒸汽耗量和換熱管的吹損量。

b. 吹灰密封風系統

如采用蒸汽吹灰器，需單獨設計安裝蒸汽吹灰器的密封風及加熱系統，保證進入吹灰器槍管的密封風溫度＞70℃，防止低溫空氣進入吹灰器槍管后引起槍管腐蝕。該廠最初設計采用輔助蒸汽加熱吹灰器密封風，蒸汽耗量0.45 t/h，但加熱溫度偏低，無法滿足密封風溫度＞70℃的要求。后期進行改造，采用熱二次風作為密封風源，解決了密封風溫度偏低的問題，還減少了蒸汽消耗。

c. 電除塵廠用電

低低溫電除塵改造后，原靜電除塵器廠用電增加約0.08%，運行中根據電除塵效率，在確保環保指標合格的前提下，通過優化電場整流變運行電流極限設定值，降低了二次電流、電壓［5］，可進一步降低電除塵廠用電率0.03%左右。

5 運行操作注意事項

a. 煙冷器凝結水減溫水調節閥自動值設定為83℃，盡量減少減溫水投入，提高經濟性。

b. 煙冷器系統剛投運時，為防止出口煙溫降低過調，待系統投入30 min穩定后，1A/1B煙冷器凝結水進口調節閥再投自動。

c. 吹灰規定:①當煙冷器煙氣差壓大于750 Pa時，煙冷器系統執行全面吹灰順控;②當煙冷器煙氣差壓小于750 Pa時，煙冷器系統執行單雙數吹灰方式;③煙冷器吹灰蒸汽壓力設定為1.6 MPa。

d. 煙冷器系統允許投入條件:①1A或1B煙冷器入口煙氣溫度大于95℃;②7號低加至煙冷器凝結水進口溫度大于70℃。

e. 煙冷器系統保護退出條件:①鍋爐MFT保護動作;②機組RB保護動作;③煙冷器出口煙氣溫度小于80℃;④煙冷器凝結水進口溫度小于69℃。

6 結束語

本文探討了1 000 MW超超臨界機組低低溫靜電除塵技術改造工藝，分析了低低溫靜電除塵技術改造的經濟效益和環保效益，是一項既有環保效益又能為企業帶來經濟效益的項目，并針對具體問題給出了進一步的改進建議和運行注意事項。

［1］ 廖增安.燃煤電廠余熱利用低低溫電除塵技術研究與開發［J］.環境保護與循環經濟，2013，17(10):39-44.

［2］ 祁君田，黨小慶，張濱渭.現代煙氣除塵技術［M］.北京:化學工業出版社，2008.

［3］ 桂大林.電除塵技術中幾個問題的探討 ［J］.東北電力技術，2005，26(7):41-43.

［4］ 吳鐵山.300 MW機組鍋爐電除塵器的改造［J］.東北電力技術，2001，22(3):5-8.

［5］ 許振東，齊 冰，吳 炬.華能大連電廠1號機組靜電除塵器改造 ［J］.東北電力技術，2006，27(6):1-4.

Application Research on Increasing Efficiency by Transformation of Low-low Temperature ESP in 1 000 MW Unit

WU Ri-sheng，ZHANG Guang-cai，YANG Fei-long
(Guangdong Huizhou Pinghai Power Station Co.，Ltd.，Huizhou，Guangdong 516363，China)

In order to improve economy and dust removal ability of electrostatic precipitation in given 1000 MW unit，the transformation of low-low temperature ESP is done，gas temperature of boiler reduces from 135℃ to 85℃，this is the first generator unit of gas temperature which reduces to 85℃ in China，the experience and the matters needing attention deserve summary.The transformation of low-low temperature ESP not only reduces coal consumption of the unit，but also improves efficiency of electric precipitator.It achieves the aim of optimization in energy saving，environmental protection and safety.

The first unit in China;85 ℃;Low-low temperature;Electrostatic precipitator;Transformation;PM2.5

X773

A

1004-7913(2015)08-0032-05

伍日勝 (1970—)，男，學士，工程師，主要從事發電廠集控技術管理工作。

2015-06-05)